[发明专利]一种铝合金磷变质剂

说明书

技术领域

本发明涉及变质剂技术领域，更具体地说，特别涉及一种铝合金磷变质剂。

背景技术

在铸造Al-Si合金中，未经细化的初晶硅呈不规则的块状或板条状，尺寸较大，严重割裂铝基体，容易在硅相尖端和棱角处引起应力集中，尤其是在产生热变形后，初晶硅周围的热应力超过初晶硅的强度极限时，初晶硅断裂，成为裂纹源，降低合金机械性能。初晶硅尺寸越大，则其周围的热应力越大，初晶硅断裂倾向性越强。因此，在发动机活塞的生产中必须对合金中的初晶硅进行变质细化处理，以提高合金的力学性能，保证活塞的使用性能。在工业生产中，普遍采用P变质的方法对初晶硅进行变质细化，微量P的加入可使初晶硅尺寸减小、分布均匀且形貌圆润化，可明显提高合金的力学性能。

磷变质机理：磷加入铝硅合金中,在800℃时和铝反应生成AlP，其熔点为1060℃，在不高于850℃的温度下不会分解，密度为2.85g/cm3，比液态铝硅合金2.68g/cm3略高，不漂浮，因此可作为稳定的外来晶核。AlP和硅具有金刚石型结构的晶体特性，晶格常数相近（Si：a₀=0.542nm；AlP：a₀=0.545nm），最小原子间距离也十分接近。因此，合金液经变质处理后，AlP微粒能够在合金凝固过程中为初晶硅的析出提供形核衬底，成为初晶硅的结晶核心，使初晶硅的形核率增加，促进初晶硅细化。

磷加入铝硅合金中,在800℃时和铝反应生成AlP，其熔点为1060℃，在不高于850℃的温度下不会分解，密度为2.85g/cm3，比液态铝硅合金2.68g/cm3略高，不漂浮，因此可作为稳定的外来晶核。AlP和硅具有金刚石型结构的晶体特性，晶格常数相近（Si：a0=0.542nm；AlP：a0=0.545nm），最小原子间距离也十分接近。因此，合金液经变质处理后，AlP微粒能够在合金凝固过程中为初晶硅的析出提供形核衬底，成为初晶硅的结晶核心，使初晶硅的形核率增加，促进初晶硅细化。

目前，行业中应用最广泛的磷变质剂有含赤磷粉的混合盐、磷化物混合盐和Cu-P中间合金。最早的时候单独采用赤磷粉，现由于环保的原因，很少单独使用。还有Al-P中间合金变质剂，但由于其技术尚不成熟，也未获得广泛运用。

现有技术存在以下几方面的缺陷：第一，含赤磷粉的混合盐中由于赤磷的存在，变质反应会产生大量烟尘，同时各种盐类对坩埚有腐蚀作用，降低坩埚使用寿命，同时由于含赤磷粉的混合盐中的P在变质反应过程中大部分被燃烧消耗掉了，留在合金中P含量较少，即含赤磷粉的混合盐的P吸收率较低，因此要想保证合金中的P含量控制在要求范围内，需要加入较多的含赤磷粉的混合盐才能实现，从而提高了变质剂的材料成本。第二，磷化物混合盐在变质反应过程中不会产生大量热量，必须把铝液温度升至800℃以上才能发生变质反应，需要在合金熔炼阶段加入，延长了P变质剂加入到合金浇铸完成这一过程的时间。并且磷化物混合盐的使用是粉末的形式置于铝液表面，变质反应并不够充分，变质效果不易保证。第三，Cu-P中间合金和磷化物混合盐一样，在变质反应过程中不会产生大量热量，通常在合金熔炼阶段加入，延长了P变质剂加入到合金浇铸完成这一过程的时间。同时，Cu-P中间合金的密度大于铝液，容易产生偏析，为了保证变质效果，对工艺参数控制要求较高。

综上所述，研究一种产生的烟尘少、更加环保、磷吸收率高的铝合金变质剂，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种铝合金磷变质剂。为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：